CN107619156A - 一种微电解耦合缺氧生物反应装置及利用该装置处理煤制气废水酚类物质的方法 - Google Patents

Abstract

一种微电解耦合缺氧生物反应装置及利用该装置处理煤制气废水酚类物质的方法，本发明涉及一种微电解耦合缺氧生物反应装置及利用该装置处理煤制气废水酚类物质的方法。本发明的目的是为了解决现有煤制气废水酚类物质处理效率不高，处理装置占地面积大，铁碳填料易钝化的问题。本发明装置包括缺氧生物反应池、机械搅拌装置、微孔曝气装置和曝气泵；方法为：调节预处理后的煤制气废水，然后进入微电解耦合缺氧生物反应装置，投加活性污泥接种液，启动机械搅拌装置和微孔曝气装置，控制溶解氧浓度。本发明污水处理效能高，COD去除率高达93％，总酚去除率高达95％，挥发酚去除率高达100％，本发明应用于废水处理技术领域。

Description

一种微电解耦合缺氧生物反应装置及利用该装置处理煤制气 废水酚类物质的方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种微电解耦合缺氧生物反应装置及利用该装置处理煤制气废水酚类物质的方法。

背景技术

含酚废水是当今世界上危害性较大、污染范围甚广的工业废水之一，是环境水体中酚类污染的主要来源。煤制气废水是典型的含酚浓度高、难降解、有毒工业废水，其复杂的酚类化合物已成为国内外煤制气废水治理领域中优先处理和控制的有机污染物。

目前，煤制气废水中酚类物质的降解主要采用活性污泥工艺、厌氧工艺和厌氧-缺氧-好氧组合工艺等，但单一的生物处理工艺普遍存在出水效果不理想、系统稳定性差和处理成本高等问题。近年来，物化工艺与生物工艺耦合技术被广泛应用于煤制气废水的处理，并实现了难降解有机物的高效去除。微电解技术由于材料低廉，无外加能源消耗，处理效果好等优点被广泛应用于耦合工艺中。该技术可有效降解难降解的有机化合物，提高废水的可生化性并有助于耦合工艺的稳定运行。但是，在长期运行中，传统微电解工艺容易出现填料的钝化、板结以及沟流等问题,严重影响污水处理效果。另外，微电解技术通常用于难降解污水处理的预处理阶段，其出水必须进行厌氧、水解、好氧等生物处理工艺，因此工艺流程较长，且增加了工程占地面积和基建投资。

发明内容

本发明的目的是为了解决单一生物工艺对煤制气废水酚类物质处理效率不高，系统稳定性差，以及微电解与生物耦合工艺流程复杂，处理装置占地面积大，铁碳填料易钝化的问题，提供了一种微电解耦合缺氧生物反应装置及利用该装置处理煤制气废水酚类物质的方法。

本发明一种微电解耦合缺氧生物反应装置包括缺氧生物反应池、机械搅拌装置、微孔曝气装置和曝气泵；其中缺氧生物反应池由格栅分为3个折流串联反应区，每个反应区上方设有机械搅拌装置，中部设有铁碳填料支撑网格，底部设有微孔爆气装置，微孔爆气装置通过曝气管与曝气泵连接；缺氧生物反应池的顶部设有进水管，底部设有出水管。

本发明利用一种微电解耦合缺氧生物反应装置降解煤制气废水酚类物质的方法按以下步骤进行：一、将煤制气废水进行脱氨蒸酚处理，然后进入调节池，调节煤制气废水pH为6.5-7.0，得到调节后的煤制气废水；二、调节后的煤制气废水通过进水管进入微电解耦合缺氧生物反应装置，投加MLSS为2500mg/L的活性污泥接种液，同时启动机械搅拌装置和微孔曝气装置，控制三个反应区的溶解氧浓度均为0.5-1.0mg/L；待污泥浓度大于5000mg/L，则认为微电解耦合缺氧生物反应装置启动成功。

在酸性缺氧条件下，原电池反应生成大量具有较高化学还原活性的Fe²⁺和[H]，可与煤制气废水中大量的酚类物质发生氧化还原反应，使酚类物质的结构遭到破坏，甚至完全矿化为CO₂和H₂O。更重要的是，铁碳微填料与活性污泥的协同作用下进一步强化了酚类物质的降解。一方面，微电解反应过程中产生新生态的Fe²⁺和Fe³⁺具有良好的絮凝效果，可以对活性污泥的结构和沉降性能进行强化，从而使活性污泥具有更加紧密的结构和更高的生物活性，从而提高污泥的耐冲击负荷能力。微电解反应产生的铁离子还能够促进微生物细胞间的电子传递作用，从而促进微生物生长，提高微生物的代谢活性，并定向驯化特定功能的微生物，从而强化生化作用。另一方面，微电解填料和活性污泥混合过程中，大量微生物可以附着在微电解填料表面而形成活性良好生物膜。生物膜表面的微生物可以利用原电池反应产生的[H]，从而进一步促进铁碳材料的氧化还原作用，同时能够有效降低电极表面沉积的有机物，缓解铁碳表面的钝化，延长铁碳填料的使用寿命。

本发明的有益效果是：(1)污水处理效能高，COD去除率高达93％，总酚去除率高达95％，挥发酚去除率高达100％，多种酚类物质被降解为小分子化合物或被完全矿化为CO₂和H₂O。

(2)与单一工艺和传统组合工艺相比，具有水力停留时间短，污泥浓度高，耐冲击负荷强，铁碳材料不易板结等优势。

(3)综合利用了微电解的原电池作用、氧化还原作用、电絮凝作用和微生物的生物降解作用，并强化了二者之间的相互协同作用。

(4)减少了设备的处理单元和设备的占地面积，降低了基建成本，操作简单，维护方便。

附图说明

图1是本发明的微电解耦合缺氧生物反应装置的结构示意图；其中1为进水管，2为机械搅拌装置，3为铁碳承托钢网，4为复合型铁碳微电解填料，5为格栅，6为微孔曝气装置，7为曝气泵，8为出水管，9为反应区，10为缺氧生物反应池；

图2是反应器运行稳定期COD变化图；其中代表a进水COD变化曲线，b为COD去除率，c为出水COD变化曲线。

图3为反应器稳定运行期总酚变化图；其中代表a进水COD变化曲线，b为COD去除率，c为出水COD变化曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种微电解耦合缺氧生物反应装置包括缺氧生物反应池10、机械搅拌装置2、微孔曝气装置6和曝气泵7；其中缺氧生物反应池10由格栅5分为3个折流串联反应区9，每个反应区9上方设有机械搅拌装置2，中部设有铁碳填料支撑网格，底部设有微孔爆气装置6，微孔爆气装置6通过曝气管与曝气泵7连接；缺氧生物反应池10的顶部设有进水管1，底部设有出水管8。

本实施方式的有益效果是：(1)污水处理效能高，COD去除率高达93％，总酚去除率高达95％，挥发酚去除率高达100％，多种酚类物质被降解为小分子化合物或被完全矿化为CO₂和H₂O。

(5)与单一工艺和传统组合工艺相比，具有水力停留时间短，污泥浓度高，耐冲击负荷强，铁碳材料不易板结等优势。

(6)综合利用了微电解的原电池作用、氧化还原作用、电絮凝作用和微生物的生物降解作用，并强化了二者之间的相互协同作用。

(7)减少了设备的处理单元和设备的占地面积，降低了基建成本，操作简单，维护方便。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：铁碳填料支撑网格由铁碳承托钢网3和复合型铁碳微电解填料4组成，其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：铁铁碳承托钢网3的孔径为5mm，其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：复合型铁碳微电解填料4的粒径为10-20mm，比表面积为1.2m²/g，孔隙率为65％，铁碳比为1:1，其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：铁碳填料支撑网格中复合型铁碳微电解填料4的填充率为35％，其他与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式一种微电解耦合缺氧生物反应装置降解煤制气废水酚类物质的方法按以下步骤进行：一、将煤制气废水进行脱氨蒸酚处理，然后进入调节池，调节煤制气废水pH为6.5-7.0，得到调节后的煤制气废水；二、调节后的煤制气废水通过进水管1进入微电解耦合缺氧生物反应装置，投加MLSS为2500mg/L的活性污泥接种液，同时启动机械搅拌装置2和微孔曝气装置6，控制三个反应区9的溶解氧浓度均为0.5-1.0mg/L；待污泥浓度大于5000mg/L，则认为微电解耦合缺氧生物反应装置启动成功。

本实施方式中铁碳微电解填料与活性污泥在同一个缺氧生物反应池10中被有效混合。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：通过向调节池中投加2mol/L的盐酸溶液，调节煤制气废水pH为6.5-7.0，其他与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：调节后的煤制气废水的COD为2800-3200mg/L，总酚浓度为400-600mg/L，氨氮浓度为150-200mg/L，其他与具体实施方式六或七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：微电解耦合缺氧生物反应装置中反应体系的水力停留时间为12-18h，污泥停留时间为25d，其他与具体实施方式六至八之一相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：利用一种微电解耦合缺氧生物反应装置降解煤制气废水酚类物质的方法按以下步骤进行：一、将煤制气废水进行脱氨蒸酚处理，然后进入调节池，通过投加生活污水和微量元素营养液控制调节池内的煤化工废水的COD为2500-3200mg/L，总酚浓度为400-600mg/L，氨氮浓度为150-200mg/L。通过向调节池中投加2mol/L的盐酸溶液，使废水的pH维持在6.5-7.0；

二、调节后的煤制气废水通过进水管1进入微电解耦合缺氧生物反应装置，投加MLSS为2500mg/L的活性污泥接种液，同时启动机械搅拌装置2和微孔曝气装置6，控制三个反应区9的溶解氧浓度均为0.5-1.0mg/L；通过定期排泥控制反应器的总污泥停留时间为25d，另外控制水力停留时间为18-24h。待污泥浓度大于5000mg/L，则认为微电解耦合缺氧生物反应装置启动成功。当反应器启动成功后，继续稳定运行60d，大量酚类化合物被显著降解或完全矿化。

本实施例一种微电解耦合缺氧生物反应装置如图1所示，包括缺氧生物反应池10、机械搅拌装置2、微孔曝气装置6和曝气泵7；其中缺氧生物反应池10由格栅5分为3个折流串联反应区9，每个反应区9上方设有机械搅拌装置2，中部设有铁碳填料支撑网格，底部设有微孔爆气装置6，微孔爆气装置6通过曝气管与曝气泵7连接；缺氧生物反应池10的顶部设有进水管1，底部设有出水管8。

铁碳填料支撑网格由铁碳承托钢网3和复合型铁碳微电解填料4组成，铁铁碳承托钢网3的孔径为5mm，复合型铁碳微电解填料4的粒径为10-20mm，比表面积为1.2m²/g，孔隙率为65％，铁碳比为1:1。铁碳填料支撑网格中复合型铁碳微电解填料4的填充率为35％。

图2是微电解耦合缺氧生物反应装置运行稳定期COD变化图；图3为微电解耦合缺氧生物反应装置稳定运行期总酚变化图，结果表明，反应器在稳定运行阶段COD去除率高达93％，总酚去除率高达95％，挥发酚去除率高达100％；废水中的酚类物质和其他污染物的分子结构发生改变，大量酚类物质被转化为小分子物质或矿化为CO₂和H₂O，同时出水可生化性显著提高，因而为后续深度处理和回用奠定良好的基础条件。

综上所述，本实施例污水处理效能高，COD去除率高达93％，总酚去除率高达95％，挥发酚去除率高达100％，多种酚类物质被降解为小分子化合物或被完全矿化为CO₂和H₂O；与单一工艺和传统组合工艺相比，具有水力停留时间短，污泥浓度高，耐冲击负荷强，铁碳材料不易板结等优势。综合利用了微电解的原电池作用、氧化还原作用、电絮凝作用和微生物的生物降解作用，并强化了二者之间的相互协同作用；减少了设备的处理单元和设备的占地面积，降低了基建成本，操作简单，维护方便。

Claims (9)

1.一种微电解耦合缺氧生物反应装置，其特征在于该装置包括缺氧生物反应池(10)、机械搅拌装置(2)、微孔曝气装置(6)和曝气泵(7)；其中缺氧生物反应池(10)由格栅(5)分为3个折流串联反应区(9)，每个反应区(9)上方设有机械搅拌装置(2)，中部设有铁碳填料支撑网格，底部设有微孔爆气装置(6)，微孔爆气装置(6)通过曝气管与曝气泵(7)连接；缺氧生物反应池(10)的顶部设有进水管(1)，底部设有出水管(8)。

2.根据权利要求1所述的一种微电解耦合缺氧生物反应装置，其特征在于铁碳填料支撑网格由铁碳承托钢网(3)和复合型铁碳微电解填料(4)组成。

3.根据权利要求1所述的一种微电解耦合缺氧生物反应装置，其特征在于铁碳承托钢网(3)的孔径为5mm。

4.根据权利要求1或2所述的一种微电解耦合缺氧生物反应装置，其特征在于复合型铁碳微电解填料(4)的粒径为10-20mm，比表面积为1.2m²/g，孔隙率为65％，铁碳比为1:1。

5.根据权利要求1所述的一种微电解耦合缺氧生物反应装置，其特征在于铁碳填料支撑网格中复合型铁碳微电解填料(4)的填充率为35％。

6.利用如权利要求1所述的一种微电解耦合缺氧生物反应装置降解煤制气废水酚类物质的方法，其特征在于它按以下步骤进行：一、将煤制气废水进行脱氨蒸酚处理，然后进入调节池，调节煤制气废水pH为6.5-7.0，得到调节后的煤制气废水；二、调节后的煤制气废水通过进水管(1)进入微电解耦合缺氧生物反应装置，投加MLSS为2500mg/L的活性污泥接种液，同时启动机械搅拌装置(2)和微孔曝气装置(6)，控制三个反应区(9)的溶解氧浓度均为0.5-1.0mg/L；待污泥浓度大于5000mg/L，则认为微电解耦合缺氧生物反应装置启动成功。

7.根据权利要求6所述的利用一种微电解耦合缺氧生物反应装置处理煤制气废水酚类物质的方法，其特征在于通过向调节池中投加2mol/L的盐酸溶液，调节煤制气废水pH为6.5-7.0。

8.根据权利要求6所述的利用一种微电解耦合缺氧生物反应装置处理煤制气废水酚类物质的方法，其特征在于调节后的煤制气废水的COD为2800-3200mg/L，总酚浓度为400-600mg/L，氨氮浓度为150-200mg/L。

9.根据权利要求6所述的利用一种微电解耦合缺氧生物反应装置处理煤制气废水酚类物质的方法，其特征在于微电解耦合缺氧生物反应装置中反应体系的水力停留时间为12-18h，污泥停留时间为25d。